CN116314233A - Cmos图像传感器及其制造方法 - Google Patents

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姜东伟
陈辉
李晓玉
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Abstract

本发明公开了一种CMOS图像传感器及其制造方法,属于半导体制造技术领域,该CMOS图像传感器的制造方法,包括以下步骤:提供一衬底,所述衬底上具有用于形成MOS管的源漏极区;在所述源漏极区范围内的第一离子注入区注入第一预定剂量的碳离子,后向所述源漏极区范围内的第二离子注入区注入第二预定剂量的氟离子,其中,所述第一离子注入区和所述第二离子注入区至少部分地重合。通过依次向MOS管的源漏极区域依次注入碳离子和氟离子,利用在碳离子注入后会产生晶体缺陷的特性,使用晶体缺陷捕获氟离子,从而保证退火后源漏极区残留的氟离子,有效改善暗电流特性。

Description

CMOS图像传感器及其制造方法
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域,特别涉及一种CMOS图像传感器及其制造方法。
背景技术
近来对高分辨率互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器的需求急剧增加。然而,随着像素尺寸的不断减小,传感器图像的质量也会逐步下降,其中,暗电流可以充当大噪声源,因此随着像素尺寸的减小,暗电流影响逐渐增大,导致传感器图像质量下降。
通常注入氟离子以通过降低陷阱态密度来改善暗电流,其对暗电流的改善程度在10%~40%。然而,当氟注入到硅晶圆中时,由于离子注入过程中的高能量,硅表面被破坏,需要通过退火或快速热处理(RTP)等工艺以修复损坏的晶格。当退火工艺在550℃以上进行时,具有高电负性的氟会在非晶区与单晶区的边界与硅结合,并沿着外延生长方向移动到硅表面,即注入的部分氟扩散到硅表面并最终消失,氟离子的浓度较预期大打折扣,从而导致其对暗电流的改善效果有限。
发明内容
本发明的目的在于提供一种CMOS图像传感器及其制造方法,以解决由于退火工艺会降低氟离子浓度的问题。
为解决上述技术问题,本发明提供一种CMOS图像传感器及其制造方法,包括以下步骤:
提供一衬底,所述衬底上具有用于形成MOS管的源漏极区;
在所述源漏极区范围内的第一离子注入区注入第一预定剂量的碳离子,后向所述源漏极区范围内的第二离子注入区注入第二预定剂量的氟离子,其中,所述第一离子注入区和所述第二离子注入区至少部分地重合。
优选地,向所述源漏极区注入第二预定剂量的氟离子后进行退火工艺,以改善晶格缺陷。
优选地,进行退火工艺的温度为750℃~850℃。
优选地,所述第一预定剂量是所述第二预定剂量的4~6倍。
优选地,所述第一预定剂量是所述第二预定剂量的5倍。
优选地,在所述衬底上形成所述源漏极区之前:在所述衬底上刻蚀形成沟槽结构,并向沟槽结构中淀积氧化物形成浅槽隔离结构,然后向所述衬底注入第一导电类型离子形成阱区,在所述阱区上淀积多晶硅并刻蚀以形成栅极。
优选地,在形成所述栅极后,还在所述阱区中注入第二导电类型离子,以形成位于所述栅极两侧的所述源漏极区。
本发明还提供了一种CMOS图像传感器,所述CMOS图像传感器包括:
衬底,所述衬底上具有用于形成MOS管的源漏极区;
第一离子注入区,位于所述源漏极区的范围内,所述第一离子注入区中注入有第一预定剂量的碳离子;
第二离子注入区,位于所述源漏极区的范围内,所述第二离子注入区中注入有第二预定剂量的氟离子,其中,所述第一离子注入区和所述第二离子注入区至少部分地重合。
优选地,所述第一预定剂量是所述第二预定剂量的4-6倍。
优选地,所述第一预定剂量是所述第二预定剂量的5倍。
在本发明提供的CMOS图像传感器及其制造方法,通过在氟离子注入前,优先进行一道碳离子注入,通过碳与硅的一些现有点缺陷的相互作用,可以增加碳的扩散还原机制,即在注入碳后,会产生更多的晶体缺陷,而高温退火后残留的任何氟都会被晶体缺陷捕获,因此在注入碳的区域会残留更多的氟离子,即氟离子浓度相比只有氟注入的方式更大,进而对暗电流特性有所改善。
附图说明
图1是本发明一实施例提供的衬底及其上的源漏极区的示意图;
图2是本发明一实施例提供的注入碳离子后的示意图;
图3是本发明一实施例提供的注入氟离子后的示意图。
图中,
1、衬底;2、阱区;3、漏极区;4、源极区;5、栅极;6、浅槽隔离结构;7、第一离子注入区;8、第二离子注入区。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的CMOS图像传感器及其制造方法作进一步详细说明。根据下面说明,本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是,附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例,仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
发明人研究发现在进行氟离子注入之后能够通过退火工艺修复离子注入带来的损伤,但在退火的同时,部分的氟离子会在高温的作用下逐渐逸散至硅片表面并消失,通过氟离子改善暗电流特性这一技术手段所能达到的效果有限。
基于此,本发明实的核心思想在于,通过利用碳与硅的一些现有点缺陷的相互作用,当碳离子注入后,衬底表面会产生更多的晶体缺陷,注入的氟离子会被晶体缺陷捕获,相对于仅注入氟离子,注入碳离子显然能够残留更多的氟离子,从而保证氟离子注入的预期效果,有效改善暗电流特性。
具体的,请参考图1-图3,其为本发明实施例的示意图。如图1所示,一种CMOS图像传感器的制造方法,包括以下步骤:
提供一衬底1,所述衬底1上具有用于形成MOS管的源漏极区;
在所述源漏极区范围内的第一离子注入区7注入第一预定剂量的碳离子,后向所述源漏极区范围内的第二离子注入区8注入第二预定剂量的氟离子,其中,所述第一离子注入区7和所述第二离子注入区8至少部分地重合。
其中,参见图1,源漏极区包括分设在栅极5两侧的源极区4和漏极区3。
在一种实施方式中,通过在氟离子注入源漏极区之前,先执行一道碳离子注入的步骤,利用碳离子与衬底1的一些现有点缺陷的相互作用,增加碳的扩散还原机制,即在注入碳离子后,在衬底1的表面会产生大量的晶体缺陷,因此在高温退火后,残留的氟离子会被晶体缺陷捕获,从而保证在源漏极区残留更多的氟离子,能够明显改善暗电流的特性。
具体的,向所述源漏极区注入第二预定剂量的氟离子后进行退火工艺,以改善晶格缺陷。
具体的,进行退火工艺的温度为750℃~850℃。
可以理解的,在形成的MOS管的源漏极区注入碳离子和氟离子完成后,一般会补充一道高温退火工艺来改善经过损伤,在退火过程中,氟离子被捕获,有效抑制了其在高温条件下的逸散消失。
在一种实施方式中,所述第一预定剂量是所述第二预定剂量的4~6倍。具体的,所述第一预定剂量是所述第二预定剂量的5倍。也即注入碳离子的剂量是氟离子剂量的5倍,以使氟离子能够被形成的晶体缺陷捕获。
具体的,在所述衬底1上形成所述源漏极区之前:在所述衬底1上刻蚀形成沟槽结构,并向沟槽结构中淀积氧化物形成浅槽隔离结构6,然后向所述衬底1注入第一导电类型离子形成阱区2,在所述阱区2上淀积多晶硅并刻蚀以形成栅极5。
具体的,在形成所述栅极5后,还在所述阱区2中注入第二导电类型离子,以形成位于所述栅极5两侧的所述源漏极区。
正如图1所示的,在进行碳离子注入之前,衬底1上已形成MOS管所需的源极区4、漏极区3、栅极5和浅槽隔离结构6等。
第一导电类型离子和第二导电类型离子的导电类型不同,如第一导电类型为P型,第二导电类型为N型。因此,第一导电类型衬底1可以掺杂有P型掺杂物,例如硼。但是在本发明的其它实施例中,载流子可以为空穴,此时第一导电类型为N型,对应的,第二导电类型为P型。
例如,衬底1掺杂有P型掺杂物,将其记为P型衬底1,先在P型衬底1上通过刻蚀、淀积氧化物从而形成浅槽隔离结构6,然后在其上注入离子形成有N阱和P阱,以分别形成PMOS管和NMOS管,在阱区2上形成栅极5,再通过形成光刻胶,对N阱和P阱部分注入对应离子,形成PMOS管和NMOS管的源极区4和漏极区3,正如图1所示,以形成PMOS管为例,漏极区3和源极区4均含有P型掺杂物,而阱区2则为含有N型掺杂物的N阱。
基于同一发明构思,本申请还提供了一种CMOS图像传感器,如图3,所述CMOS图像传感器包括:衬底1,所述衬底1上具有用于形成MOS管的源漏极区;第一离子注入区7,位于所述源漏极区的范围内,所述第一离子注入区7中注入有第一预定剂量的碳离子;第二离子注入区8,位于所述源漏极区的范围内,所述第二离子注入区8中注入有第二预定剂量的氟离子,其中,所述第一离子注入区7和所述第二离子注入区8至少部分地重合。
具体的,所述第一预定剂量是所述第二预定剂量的4-6倍。所述第一预定剂量是所述第二预定剂量的5倍。
综上可见,在本发明实施例提供的CMOS图像传感器及其制造方法中,为避免氟离子在退火工艺中扩散,在氟离子注入的步骤执行之前,使用一道碳离子注入产生更多的晶格缺陷,在退火过程中氟离子被经过缺陷捕获,从而难以逃逸至衬底表面消失,有效保证了氟离子残留的浓度。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述,并非对本发明范围的任何限定,本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰,均属于权利要求书的保护范围。

Claims (10)

1.一种CMOS图像传感器的制造方法,其特征在于,包括以下步骤:
提供一衬底,所述衬底上具有用于形成MOS管的源漏极区;
在所述源漏极区范围内的第一离子注入区注入第一预定剂量的碳离子,后向所述源漏极区范围内的第二离子注入区注入第二预定剂量的氟离子,其中,所述第一离子注入区和所述第二离子注入区至少部分地重合。
2.如权利要求1所述的CMOS图像传感器的制造方法,其特征在于,向所述源漏极区注入第二预定剂量的氟离子后进行退火工艺,以改善晶格缺陷。
3.如权利要求2所述的CMOS图像传感器的制造方法,其特征在于,进行退火工艺的温度为750℃~850℃。
4.如权利要求1所述的CMOS图像传感器的制造方法,其特征在于,所述第一预定剂量是所述第二预定剂量的4~6倍。
5.如权利要求4所述的CMOS图像传感器的制造方法,其特征在于,所述第一预定剂量是所述第二预定剂量的5倍。
6.如权利要求1所述的CMOS图像传感器的制造方法,其特征在于,在所述衬底上形成所述源漏极区之前:在所述衬底上刻蚀形成沟槽结构,并向沟槽结构中淀积氧化物形成浅槽隔离结构,然后向所述衬底注入第一导电类型离子形成阱区,在所述阱区上淀积多晶硅并刻蚀以形成栅极。
7.如权利要求6所述的CMOS图像传感器的制造方法,其特征在于,在形成所述栅极后,还在所述阱区中注入第二导电类型离子,以形成位于所述栅极两侧的所述源漏极区。
8.一种CMOS图像传感器,其特征在于,所述CMOS图像传感器包括:
衬底,所述衬底上具有用于形成MOS管的源漏极区;
第一离子注入区,位于所述源漏极区的范围内,所述第一离子注入区中注入有第一预定剂量的碳离子;
第二离子注入区,位于所述源漏极区的范围内,所述第二离子注入区中注入有第二预定剂量的氟离子,其中,所述第一离子注入区和所述第二离子注入区至少部分地重合。
9.如权利要求8所述的CMOS图像传感器,其特征在于,所述第一预定剂量是所述第二预定剂量的4-6倍。
10.如权利要求9所述的CMOS图像传感器,其特征在于,所述第一预定剂量是所述第二预定剂量的5倍。
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